探究GPS 技術(shù)在水利工程勘察中的應(yīng)用論文
1 引言
勘測(cè)和設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的基礎(chǔ)和靈魂，完美的工程與高質(zhì)量的勘測(cè)設(shè)計(jì)有著重要的關(guān)聯(lián)�？睖y(cè)中的測(cè)量也就是水利工程測(cè)量能夠?yàn)樗こ桃?guī)劃設(shè)計(jì)提供地形資料，在施工階段按照?qǐng)D上內(nèi)容做好施工放樣，并監(jiān)測(cè)建筑物穩(wěn)定性和變化情況，保證工程的安全。將GPS 技術(shù)在水利工程中加以應(yīng)用，主要是因?yàn)椋?1)測(cè)設(shè)方格網(wǎng)時(shí)GPS 技術(shù)更具有適應(yīng)性，選點(diǎn)靈活不需要高標(biāo)，且點(diǎn)位之間通視容易，外業(yè)試測(cè)不受天氣影響;(2)GPS 方格網(wǎng)誤差分布均勻且點(diǎn)位精度高(3)相比于相對(duì)中誤差，點(diǎn)位中誤差表示方格網(wǎng)測(cè)量精度指標(biāo)更合理;(4)圖形強(qiáng)度系數(shù)高，在布設(shè)大地控制網(wǎng)時(shí)能提升點(diǎn)位趨近速度，網(wǎng)形優(yōu)化方便;(5)應(yīng)用GPS-RTK 來(lái)對(duì)建筑方格網(wǎng)進(jìn)行測(cè)設(shè)效率更高，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度更低。
2 GPS 技術(shù)在平面控制測(cè)量的應(yīng)用
根據(jù)測(cè)量規(guī)范文件將測(cè)量精度分級(jí)，用公式表示各級(jí)GPS 網(wǎng)相鄰點(diǎn)間的基線長(zhǎng)度精度。公式為：σ=姨a2+(bd×10-6)2式中，σ 為標(biāo)準(zhǔn)差;a、b、d 分別表示固定誤差、比例誤差系數(shù)以及相鄰點(diǎn)間的誤差。GPS 控制網(wǎng)精度越高，需要的觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)。首先是網(wǎng)型選擇，要盡可能避免網(wǎng)型不利所帶來(lái)的影響，國(guó)家等級(jí)三角點(diǎn)的選擇盡量在測(cè)區(qū)兩側(cè)分布，盡量保持對(duì)稱。
其他情況下的擬設(shè)控制點(diǎn)都要在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)。
其次是外業(yè)選點(diǎn)埋石觀測(cè)。選點(diǎn)應(yīng)該按照GPS 外業(yè)觀測(cè)對(duì)環(huán)境的要求，并注意：周?chē)仓媒邮赵O(shè)備方便，有開(kāi)闊視野，障礙物高度角在視場(chǎng)內(nèi)應(yīng)該滿足相關(guān)規(guī);要遠(yuǎn)離電視臺(tái)、微波站等無(wú)線電發(fā)射源且周?chē)荒苡蟹瓷湫l(wèi)星信號(hào)的物件;地面要有穩(wěn)定的基礎(chǔ)，以為點(diǎn)的保存提供便利;選點(diǎn)時(shí)測(cè)站周?chē)…h(huán)境應(yīng)該與大環(huán)境保持一致，防止氣象元素代表性誤差;盡量遠(yuǎn)離大片水域，防止在魚(yú)池�；蛐」聧u區(qū)域位置選點(diǎn)。所有的GPS 控制點(diǎn)均需埋設(shè)標(biāo)石，埋石需要滿足以下基本技術(shù)要求：埋設(shè)混凝土標(biāo)石，可現(xiàn)場(chǎng)灌制、鑿制以及設(shè)置鋼釘;混凝土標(biāo)石預(yù)制柱體必須要滿足相應(yīng)規(guī)格;埋設(shè)之后需要做好點(diǎn)位說(shuō)明。GPS 觀測(cè)需要注意以下要求：按照星歷預(yù)報(bào)來(lái)對(duì)觀測(cè)計(jì)劃進(jìn)行編制;觀測(cè)時(shí)同時(shí)鎖定4 顆以上衛(wèi)星信號(hào)，并且衛(wèi)星高度角以及GDDP 值都要小于限定值;觀測(cè)時(shí)不能出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖情況，若有失鎖，需要中斷原紀(jì)錄并開(kāi)始新紀(jì)錄;作業(yè)過(guò)程中防止使用電臺(tái)和對(duì)講機(jī)，并避免周?chē)巳涸谛l(wèi)星接收天線處走動(dòng)。
再次，采集數(shù)據(jù)后需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)分析，觀察預(yù)分析結(jié)果和設(shè)計(jì)中的觀測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)、基線量以及坐標(biāo)差，如果有差別需要按照精度和網(wǎng)型重測(cè)或者補(bǔ)測(cè)。之后是網(wǎng)平差計(jì)算，當(dāng)F 檢驗(yàn)值低于檢驗(yàn)臨界值即表明為接受，也就是精度符合水利水電測(cè)量的規(guī)范要求。
最后，水準(zhǔn)測(cè)量。應(yīng)用GPS 高程擬合技術(shù)，并從高程擬合準(zhǔn)備、外業(yè)觀測(cè)、測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析以及成果評(píng)價(jià)4 個(gè)階段入手。
3 GPS 在特殊環(huán)境下的應(yīng)用
GPS 技術(shù)的任何一種測(cè)量手段都會(huì)在使用過(guò)程中受到地形的制約，就水利工程勘察來(lái)說(shuō)，其容易受到密林地區(qū)、高山區(qū)、近水域地區(qū)、機(jī)場(chǎng)周?chē)约俺鞘袩o(wú)線電和微波密集地等的影響。
3. 1 密林地區(qū)
就密林地區(qū)來(lái)說(shuō)，GPS 測(cè)量容易受到樹(shù)葉遮擋影響，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)嚴(yán)重?fù)p失、頻繁失鎖，造成求解結(jié)果不精確問(wèn)題。因此，要在不破壞樹(shù)木的情況下適宜砍伐，將點(diǎn)位上空密集樹(shù)枝去掉，在粗大樹(shù)桿上架設(shè)接收機(jī)，通過(guò)垂球定出地面點(diǎn)位來(lái)量測(cè)天線到點(diǎn)位的高度，在固定之后進(jìn)行觀測(cè)。但是需要注意：保證儀器設(shè)備安全，做好安全設(shè)施，防止安置在樹(shù)上的儀器失手掉下，可以用繩套固定天線，用繩子將天線吊上去。(2)偏心觀測(cè)，當(dāng)?shù)孛纥c(diǎn)位已經(jīng)固定，在空中選取對(duì)應(yīng)的樹(shù)枝較為困難，這就會(huì)產(chǎn)生偏心值。當(dāng)?shù)孛纥c(diǎn)位是之后選定的，這就表示地面點(diǎn)位可以變動(dòng)，需要在天線吊上去觀測(cè)的同時(shí)，應(yīng)用垂球定出地面定位。(3)對(duì)點(diǎn)位精度要求的考慮，如果精度要求較低，可以采用斷面地形測(cè)量或圖根控制測(cè)量;如果精度要求高，則需要在落葉期作業(yè)或者直接砍掉附近樹(shù)木，因?yàn)閮x器架高時(shí)對(duì)中可能出現(xiàn)較大誤差。
3. 2 近水域地區(qū)
近水域地區(qū)的GPS 測(cè)量的精確度容易受到多路徑效應(yīng)的影響，多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的情況是衛(wèi)星位置特定并存在多反射源，這就需要重復(fù)觀測(cè)來(lái)消除影響。如果不想花費(fèi)較多的測(cè)量成本，可以采用像控點(diǎn)測(cè)量，其隸屬于航空攝影測(cè)量，能夠剔除粗差，不需要重復(fù)觀測(cè)。
3. 3 高山區(qū)
高山區(qū)天空視野不開(kāi)闊容易導(dǎo)致可接收信號(hào)少的情況發(fā)生，而且高山區(qū)作業(yè)對(duì)作業(yè)時(shí)間產(chǎn)生限制，光滑巖面可能反射信號(hào)形成多路徑效應(yīng)。如果一定要滿足水力工程測(cè)量規(guī)范中點(diǎn)位要求，且不將觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在信號(hào)遮擋嚴(yán)重處�？梢詫⒂^測(cè)時(shí)間設(shè)定為點(diǎn)位相通視衛(wèi)星個(gè)數(shù)較多時(shí)，如果觀測(cè)結(jié)構(gòu)精度較低可以重復(fù)觀測(cè)并解算，如果個(gè)別點(diǎn)位實(shí)在無(wú)法觀測(cè)，可以在接收條件好的位置設(shè)置間接觀測(cè)點(diǎn)，用常規(guī)測(cè)量方法對(duì)實(shí)際點(diǎn)位確定或者設(shè)成幾何圖形來(lái)對(duì)實(shí)際點(diǎn)位值解算。
3. 4 無(wú)線電微波密集地
機(jī)場(chǎng)、無(wú)線電發(fā)射塔、電桿根部以及微波地面站容易對(duì)GPS 測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾。如果實(shí)在不能避免，必須在附近選取點(diǎn)位，可以采用偏心觀測(cè)或者圖解方法完成測(cè)量。我國(guó)目前出現(xiàn)了較多的新型GPS 接收機(jī)，其能在高無(wú)線電干擾下完成對(duì)低功率衛(wèi)星信號(hào)的捕獲，并在捕獲之后穩(wěn)定地保持信號(hào)。
4 GPS 技術(shù)應(yīng)用時(shí)存在的問(wèn)題和改進(jìn)措施
就存在的問(wèn)題來(lái)說(shuō)。GPS 系統(tǒng)精確定位與電磁波傳播速度有關(guān)，大氣層信號(hào)會(huì)受到對(duì)流層和電離層重重干擾，從而導(dǎo)致計(jì)算出現(xiàn)誤差。此外，必須保證基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)在各個(gè)方位觀測(cè)情況下能有一致的精度。這就需要采取以下措施：
1)利用雙頻觀測(cè)也就是用頻率不同的觀測(cè)值組合改正電離層延遲;應(yīng)用電離層改正模型以及同步觀測(cè)求差，從而防止電離層折射對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
2)應(yīng)用對(duì)流層模型修正和同步觀測(cè)求差;應(yīng)用水汽輻射計(jì)來(lái)對(duì)信號(hào)傳播影響直接測(cè)定，以防止對(duì)流層折射對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
3)針對(duì)衛(wèi)星星歷誤差，可以采用同步觀測(cè)求差、建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)定軌、應(yīng)用軌道松弛法等。
4)針對(duì)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)的鐘誤差可以應(yīng)用一次求差法進(jìn)行消除，或者將鐘差作為未知數(shù)并在數(shù)據(jù)處理中求解。
5)對(duì)于多路徑效應(yīng)，在天線設(shè)計(jì)時(shí)就要防止這種效應(yīng)影響，測(cè)量位置遠(yuǎn)離水面、高層建筑和汽車(chē)，也防止設(shè)置在山谷和盆地中。
5 結(jié)語(yǔ)
水利工程關(guān)乎著國(guó)計(jì)民生，必須予以重視。在工程建設(shè)中為了保證資料結(jié)果的精確性，必須應(yīng)用GPS 技術(shù)。但在勘察過(guò)程中，因?yàn)閺?fù)雜地形以及附近電波的影響，勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性很難保證。因此，必須掌握先進(jìn)的技術(shù)和措施來(lái)提升勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而促進(jìn)我國(guó)水利工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。
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